JPS5856743B2 - 炭化チタニウム基サ−メット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温特性を一段と改良したサーメット材料に
関するものである。

さらに詳しくは、耐塑性変形性、耐チッピング性、耐ア
ブレージヨン摩耗性を大巾に改良したＴｉＣ基サーメッ
トに関するものであり、切削工具は勿論のこと、熱間塑
性加工用工具、熱間耐摩耗材などにおいて長寿命かつ応
用範囲を拡げた材料に係るものである。

従来、鉄系材料の高速切削用工具として種々の材料が用
いられてきているが、そのうち一般にサーメットと呼ば
れる材料は、ＴｉＣを主としたものと炭窒化チタニウム
（Ｔｉ ＣＮ）を主としたものの二種類が実用に供され
ている。

ＴｉＣベースのサーメットは、その基本形がＴＩＣＭＯ
２ＣＮｌであり、この組成物およびこれに種々炭化物等
を添加した組成物のものが市場で使用されているが、い
ずれも本質的に硬質炭化物粒子相と結合金属相との２種
の相から構成されている。

第１図はその一例を示す走査型電子顕微鏡による組織写
真である。

第１図において、１はＴｉＣの芯とこれを取りま＜（Ｔ
ｉ、Ｍｏ）の固溶体炭化物の周辺構造を有する炭化物相
、２は無芯の（Ｔｉ、Ｍｏ）固溶体炭化物相、３は結合
金属相である。

図から明らかな如く、従来のＴｉＣベースのサーメット
は、炭化物相１または炭化物相２と結合金属相３とから
なり、本質的には硬質炭化物粒子相と結合金属相とから
なるものである。

上記構造の従来のＴｉＣペースサーメットは、刃先強度
が不足しており、中仕上げ以上の負荷切削、断続切削で
は勿論のこと、微小切込みまたは微小送り切削のときも
特にチッピングによる損傷が激しい欠点がある。

このチッピングを減じるため、一般には結合金属相量を
比較的多量に含有させているが、このため、アブレージ
ヨン摩耗が起こりやすいこと、高速切断時において刃先
塑性変形が生じやすいことなどの難点がある。

したがって、一般に、切削速度１５０〜３００ｍ／ｍｍ
程度での一般鋼あるいは調質された一部鋳物の軽切削に
しか用いられていないのが現状である。

Ｔｉ ＣＮ基サーメットは、比較的近年に開発された材
料であり、窒化物含有による耐溶着性の改善、および強
度の増加などによって、切削工具材料として重要な役割
を占めている。

しかしながら、この材料は窒化物固有の硬さの低下によ
り、特に鋳鉄切削などの耐アブレージヨン摩耗を要求さ
れる用途、あるいは高速切削用などには不適である。

したがって、一般には、切削速度８０〜２００ｍ／ｖｉ
ｙｉ程度での一般鋼の中仕上旋削、軽度のフライス切削
に用いられているのが現状である。

本発明は上記諸材料の実情に鑑み、かつ近年のＮＣ機械
等の急速な伸長に伴なう高速切削、無人化運転の要望に
対処すべく特に鋳鉄の高速切削で優れた工具材料、すな
わち耐熱性、耐チツピング性耐アブレージヨン摩耗性を
兼ね備えた新規な材料の提供を目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は、ＴｉＣが５０〜９
０％、ＶＩａ族金属炭化物のうち１種または２種以上が
５〜４０％、および鉄族金属のうちの１種または２種以
上が２〜３０％から本質的になる組成で、かつＴｉまた
はＶＩａ族元素若しくはＴｉとＶＩａ族元素で構成され
る炭化物粒子相と、鉄族金属で主として構成される結合
相と、さらにＶＩａ族元素を主とした析出分散粒子相と
の三相から構成されることを特徴とするものである。

本発明において、ＴｉＣは基本物質であり、その含有量
が５０％以下ではＴｉＣ固有の優れた耐溶着性化学的安
定性などを発揮できず、高速切削時にはクレータ−摩耗
が著しくなる。

また、９０％以上では第３相を出現させてもあまり効果
がな（、特に耐チッピング性において劣り、一般鋳鉄の
切削等には不適である。

したがって、ＴｉＣの含有量は５０〜９０％が好ましい
。

ＶＩａ族金属炭化物、例えば炭化クロム、炭化モリブデ
ン、炭化タングステンなどは、それらのうちの一種また
は二種以上が５％未満であると、結合相量および合金中
の全炭素量をいかに調整しても単相としての析出分散を
得ることができず、従来サーメットと同様チッピング損
傷あるいはアブレージヨン摩耗が著しい。

また、４０％を越えると結合相量に対する比率が大とな
り、結果として初期欠損、チッピング損傷などが急激に
発生しやすくなり、実用的ではない。

したがって、ＶＩａ族炭化物の一種または二種以上の含
有量は５〜４０％範囲が良い。

鉄族金属は結合相として重要な役割を担うものであり、
その量が少ないと靭性が劣化し、２％未満では実用に供
し得ない程度の靭性しか得られない。

また、３０％を越えると、耐摩耗性が劣化し耐摩材とし
て適用不可となるため、２〜３０％が望ましいが、切削
用としては２〜１５％、耐摩材としては１０〜３０％の
範囲で選定することが好適である。

また、５％以下の量の場合には、その製造時に加熱、特
に熱間静水圧法による２次熱処理を加えると良好な特性
を示す。

第２−１図および第２−２図は、走査型電子顕微鏡によ
る本発明ＴｉＣ基サーメットの組織写真の一例を示すも
のである。

第２−１図は無腐食の組織写真である。

第２−２図は結合相の存在位置を明らかにする目的で、
王水で強く腐食した試料の組織写真である。

図において、４はＴｉＣの芯と（Ｔｉ 、Ｗ、Ｍｏ）の
固溶体炭化物である周辺組織とからなる炭化物相、５は
無芯の（Ｔｉ 、Ｗ、Ｍｏ）の固溶体炭化物相、６は王
水で腐食した部分であり鉄族金属を主とする結合金属相
である。

７はＶＩａ族金属を主とする析出相である。

なお、本発明において、ＶＩａ族金属の析出相は第２図
から明らかなように、その大きさがＩＰｍ以下のものが
多く、かつその量がＸ線回折で回折ピークが観察される
ほど多くないためＸ線回折では析出相を観察できなかっ
た。

炭化物相４または５は、サーメット、超硬合金などの粒
子強化合金の基本的特性を決定づけるものであり、主と
して耐摩耗性を担う重要要素であること、および結合金
属相６は、主として強度を担う役割を果たすものである
ことなどは従来材と同様である。

ＶＩａ族金属析出相７の存在は、本発明に特有のもので
あり、ＶＩａ族金属特にＷ。

Ｍｏ固有の高い熱伝導率、炭化物に近い熱膨張率、およ
び優れた高温強度、さらにＣｒの耐酸化性に対する顕著
な効果などの緒特性を発揮せしめ、刃先微小部の切削温
度を低下させることによる寿命の向上、繰返し熱応力下
におけるクラックの発生または伸展の防止、疲労寿命の
向上による耐チッピング性および耐アブレージヨン摩耗
の改善、さらに耐酸化性向上になる高速切削時の寿命の
増大など、顕著な効果を得ることができるものである。

すなわち本発明は従来のＴｉＣ基サーメットにＶＩ族金
属を主とした単相の析出相を出現させたものが特に優れ
た特性を有することを見出したことに基づいてなされた
ものであり、基本的に炭化物粒子相と結合相およびＶＩ
ａ族金属を主とした析出分散粒子用の三相から構成され
ていることを要件の一つとするものである。

また、本発明を実施するに当っては、ＶＩａ族金属元素
を主とした析出相を出させる製造条件が重要な点である
。

すなわち、結合金属の種類およびその量、さらに詳しく
は、結合金属の量に対するＶＩａ族金属の比率は０．２
〜１５の範囲とすべきであり、好ましくは０．５〜５の
範囲とすべきであり、また同時に合金中の全炭素量を、
鉄族金属を除く炭化物形成金属に対し、モル比で０．６
０〜０．９４好適には０．７６〜０．８６範囲とすべき
である。

なお、付言すれば従来ＴｉＣ基サーメットはＣ量は可能
な限り、理論量に近づけているものである。

以下本発明を実施例に基きざらに詳しく述べる。

実施例 １ 結合炭素量がＴｉに対するモル比０．９０のＴｉＣ粉お
よび市販のＷＣ，Ｍｏ２Ｃ，Ｎｉ粉を用いて第１表に示
す組成のものを配合し、これをア※七トンを湿式媒体と
してボールミル混合した後、真空乾燥し、プレス時の粘
結剤としてパラフィンワックスを添加混合した。

この粉体をプレス成形し、引き続いて真空中１４００℃
で６０分間の焼結を行なった。

得られた焼結体に研削加工を施して、ＪＩＳ抗折力試験
片（厚み４ ｍｍ ｘ巾８ｍｍＸ長さ２５π０、および
ＣＩＳ規格５ＮＧＮ ４３２の切削試験片を作成した。

これら試験片から得られた特性を第１表に示す。

なお、切削試験は下記条件で行なった。

■）被削材二ＦＣＤ−４５ ２）切削速度：４ｏＯｍ／ｍ ３）送り量： ０．１ ｍｒｌＬ／ ｒｅｖ４助込み量
二〇、５朋 ５）水溶性切削油剤：３０１／１ｎｉ！ｔ６）寿命判定
基準：最大フランク摩耗値がＱ、 ３ ’ｍｍまでの切
削時間 第１表に示す結果からも明らかなように、本発明による
工具材料は比較例に比べ約３．６倍の長寿命を示す。

実施例 ２ ５９％ＴｉＣ−１０％ＷＣ−５％Ｍｏ２ Ｃ１３％Ｃｏ
−１３％Ｎｉの組成で、かつＶＩ族金属析出相を有する
ものを実施例１と同様な方法で製造し、熱間線材用ガイ
ドローラーを試作した。

これを用いてテストした結果、従来超硬合金製のガイド
ローラーを使用した場合の線材圧延量に比べ約１．８倍
の線材圧延量に耐えることが可能であり、かつ線材の表
面肌も超硬製ガイドローラーのときよりも溶着物が少な
く滑らかであった。

実施例 ３ ４８％ＴｉＣ−２２％Ｃｒ ３Ｇ４−７％ＭＯ２Ｃ８％
Ｃｏ −１５％Ｎｉの組成で、かつＶｉａ族金属析出相
を有するものを実施例１と同様な方法で製造し、熱間線
材圧延用ガイドローラを試作した。

これを用いてテストした結果、従来超硬合金のガイドロ
ーラーを使用した場合の線材圧延量に比べ約２倍の線側
圧延量に耐えることができた。

以上詳述した如く、本発明による材料は従来のＴｉＣ基
サーメットあるいは超硬合金などに比べ高温特性に一段
と優れており、高温で使用される用途、例えば切削工具
、熱間組成加工用工具、熱間耐摩材などに応用したとき
従来品に比べ、はるかに長寿命の工具を提供できる。

なお、本発明品は、従来サーメットと同様耐蝕性におい
てもほぼ従来の性能を維持するものであるから、耐蝕リ
ング装飾品などに利用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は走査型電子顕微鏡による従来のＴｉＣ基サーメ
ットの組織を示す顕微鏡写真、第２−１図および第２−
２図は本発明のＴｉＣ基サーメットの組織を示す顕微鏡
写真である。 １．４：有芯の炭化物相、２，５：無芯の炭化物相、３
，６：結合金属相、？：ＶＩａ族金属を主とする析出相
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量％で、炭化チタニウム（ＴｉＣ）５０〜９０％
   、ＶＩａ族金属炭化物のうちの１種または２種以上５〜
   ４０％、および鉄族金属のうちの１種または２種以上２
   〜３０％からなる組成で、かつＴｉおよび／またはＶＩ
   ａ族元素で構成される炭化物粒子と、主として鉄族金属
   で構成される結合相と、ＶＩａ族元素を主とした析出分
   散粒子とからなることを特徴とする高硬度耐摩耗性工具
   用炭化チタニウム基サーメット。